本文论述了三相低压异步电动机就地补偿是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法，它不仅适合低压供电进线用户，而且对供水行业的水厂同样适合。根据国产低压异步电动机JO2系列，Y系列常用三相异步电动机的实际参数、结合专用无功补偿电容器配置表，在田村水厂两个供水车间进行了应用。

 

    关键词：三相低压异步电动机 无功补偿电容器 应用

 

    概述：异步电动机功率因数在满负荷时并不很低，但在我厂实际应用中，大部分电动机负荷在50%左右，因此功率因数较低。在电网负荷中异步电动机所占的比重较大，是电力系统电网的主要无功负荷。它使各级网损也相应增大，尽管在各级变电站、所及各厂矿企业变电站内均装有集中无功补偿装置来提高功率因数，减少电网线损，但集中补偿不仅无法降低低压电网的线损，而且价格较贵。特别是在供水行业水厂中，它们均是高压进线的用户(35kV或10kV)经过多级变配电(35kV→6kV→400V)加上各个水处理车间分散，低压网络较长，虽采取高压集中无功补偿，不能降低低压系统电网的线损。因此，需对水厂各个水处理车间的低压异步电动机实施就地补偿。就是用一台与异步电动机特性相配合的电容器直接并联于该电动机，不需要外加其它保护装置。使低压供电系统的电压质量得到改善。

 

    电动机是供水行业中的重要动力设备，承担着电能转换成机械能，从而驱动供水机械设备的运转。在工矿企业以及水厂的日常生产中，异步电动机无功功率占低压电网无功功率的比重很大，因此对于异步电动机采用就地无功功率补偿，以提高供电系统的功率因数，节约电能，减少运行费用，提高电压质量有重要的意义。

 

    一、 三相低压异步电动机就地无功补偿的意义

 

    1、 可减少供电网、配电变压器、低压配电线路的负荷电流。

 

    2、 降低了配电网线损和配电线路的导线截面使配电变压器的带载能力增强。

 

    3、 提高了低压线路的功率因数，减少未端电压波动，改善各供水车间低压进线的电压质量。

 

    4、 可降低电动机的起动电流。

 

    5、 因为补偿电容器随电动机同时投切，只要补偿的电容器容量选配适当，不存在无功过补偿。

 

    6、 简单、价低。因为只是在电动机上并联一台合适的专用电容器，不需要外加其它保护装置，就有较为理想的补偿效果。

 

    二、 低压异步电动机的无功功率及补偿

 

    因为，异步电动机在运行时所需要的无功功率，由两部分组成：一部分是励磁支路的无功功率(即铁损);另一部分是负荷支路的无功功率(即铜损)。小容量的异步电动机主要是励磁支路的无功功率，当负荷由零到满载时，其变化很小。而负荷支路的无功功率随负荷增加而增加，其值一般要比励磁支路无功功率要小，异步电动机容量越小，相对的比例也越小，小容量的异步电动机从空载到满载，其总的无功功率变化不大。以Y系列为例：电机额定容量为0.75kW，空载时无功功率为0.531kvar，而满载时为0.646kvar。异步电动机随着容量的增大，从空载到满载所需的总无功功率变化相应加大。如：电机额定容量为15kW时，空载所需无功功率为4.741kvar，而满载时为9.178kvar。表1为几种小容量Y型异步电动机在不同负载下所需的无功功率。从表中可知电动机无功功率在不同负载下的变化。

 

    表1 几种小容量Y型异步电动机在不同的负载率下所需的无功功率

 

    型号 额定容量 不同的负载率下所需的无功功率(kvar)

 

    空载 5% 10% 20% 40% 60% 70% 80% 90% 满载

 

    Y801-2 0.75 0.531 0.526 0.532 0.523 0.543 0.579 0.599 0.617 0.634 0.646

 

    Y802-2 1.1 0.690 0.683 0.680 0.683 0.716 0.769 0.795 0.817 0.837 0.818

 

    Y90s-2 1.5 0.976 0.976 0.962 0.963 1.004 1.072 1.108 1.140 1.170 1.192

 

    Y9001-2 2.2 1.211 1.229 1.225 1.232 1.297 1.402 1.456 1.507 1.552 1.592

 

    Y1001-2 3 1.691 1.671 1.659 1.656 1.720 1.835 1.900 1.967 2.026 2.073

 

    Y112M-2 4 1.895 1.878 1.871 1.888 2.022 2.229 2.343 2.450 2.555 2.651

 

    Y132S1-2 5.5 2.222 2.199 2.195 2.238 2.478 2.823 2.998 3.170 3.339 3.473

 

    Y132S2-2 7.5 2.616 2.588 2.592 2.682 3.101 3.656 3.948 4.211 4.470 4.496

 

    Y160M1-2 11 4.460 4.092 4.167 4.104 4.540 5.249 5.636 6.031 6.425 6.809

 

    Y165M2-2 15 4.741 4.649 4.618 4.735 5.524 6.685 7.331 7.749 8.577 9.178

 

    因此，对低压电动机的无功补偿，其并联电容器在运行时的实际补偿容量，只要能补偿其励磁功率，就能使异步电动机运行的功率因数在负载率从40%-100%都有很高值(0.9以上)。而低负载时，其功率因数达不到0.9，但由于所需的无功功率很小，因此产生的线损不大，而比无补偿时的无功损耗降低了很多。以上仅为15kW以下小电动机的补偿特点。随着电动机功率的增加，电动机负载率与功率因数有如下关系(见表2)。

 

    表2

 

    负载率 0 0.25 0.5 0.75 1

 

    cosф 0.2 0.5 0.77 0.85 0.88

 

    由于并联电容器在异步电动机的额定电压下，所产生的无功功率小于异步电动机在额定电压下空载时需要的励磁功率(略小于空载无功功率)。当电压上升时，电容器所产生的无功功率随电压的平方增加，而异步电动机因铁芯的磁饱和，其需要的无功功率增加将大于电容器的无功功率增加;当电压下降时，异步电动机和电容器的无功功率几乎都将随电压的平方下降。因此，并联电容器的补偿容量在运行时所产生的无功功率，总小于异步电动机的不同负载下所需的无功功率。所以不会产生过补偿。

 

    由于电容器的无功功率比补偿异步电动机空载无功功率要略小一点，也就是说仅为励磁功率，因此，也就不会产生异步电动机的自励现象。

 

    对低压三相异步电动机采用就地无功补偿，比集中无功补偿要经济、简单、可靠得多。因为，虽然它装置的总无功容量要为集中无功装置总无功容量的3～4倍，但集中无功补偿装置的单位容量的费用却为就地补偿电容器的4～6倍左右。而且，采用三相低压异步电动机就地无功补偿可降低工矿、企业内的低压电网损失，节约了能源，减少了电费支出。

 

    三相低压异步电动机就地无功补偿电容器可选常用的低压自愈式金属化膜电容器，该电容器以金属化聚丙烯薄膜作电极和介质，其产品具有自愈性，并且有重量轻、体积小、损耗低等优点，特别是价格低。考虑到工矿企业电网电压波动较大，加上无功补偿后，电压要相应提高一点，电容器的额定电压宜选用常规的400V产品。但要求电容器接线端子、引线等带电体不能外露，以确保安全。

 

    1、 低压异步电动机补偿方式的选择：

 

    在供电系统中补偿有三种方式：高压集中补偿、低压集中补偿和低压就地补偿。

 

    由于在我厂实际供电系统中，采用6kV并联电容器集中补偿方式。回流车间和加速澄清池均为低压进线，距配电室较远且分散，为了尽量减少线损和电压损失，宜采用低压异步电动机无功功率就地补偿方式。

 

    2、 低压异步电动机补偿装置投切方式的确定

 

    由于异步电动机本身就是很好的放电线圈，所以在异步电动机外加电源电压失去时，三相低压异步电动机专用无功补偿电容器可以向异步电动机放电，使电容器端电压很快下降到零，在电网电压复现时，就不会出现过电压。因此，异步电动机与电容器补偿装置之间，不用加装熔断器保护。在开/停异步电动机时，电容器补偿装置同时投入或断开。

 

    低压无功补偿装置(电容器)与异步电动机直接并联

 

    3、 异步电动机就地补偿器容量的选择及配置

 

    3.1 补偿容量的选择

 

    选择就地补偿装置Qc的方法有三。

 

    i. 按电动机的空载电流选择

 

    Qc= 31/2UeIo 为防止自激过压Qc≤31/2 UeIo

 

    通常推荐：Qc=K31/2UeIo

 

    式中： Qc -补偿容量，kvar;

 

    Ue-电动机额定电压，kV;

 

    Io-电动机空载电流，A

 

    K-补偿系数(一般取0.9-0.98)

 

    ii. 按电动机补偿前后的功率因数选择

 

    Qc=P(tan∮1 -tan∮2)

 

    =P{(1/cos2∮1-1)1/2-(1/cos2∮2-1)1/2}

 

    式中：P=电动机的额定功率，kW;

 

    cos∮1-补偿前的功率因数;

 

    cos∮2-补偿后的功率因数。

 

    两种计算方法取得的 Qc值结果往往不一致，如按第二种方法算出的 Qc值小于第一种方法的计算结果，则以第二种方法计算结果为准，如第二种方法算出的Qc值大于第一种方法的计算结果时，以第一种计算结果为准，补偿率Kb= Qc /P。

 

    iii. 查表法选择

 

    按电动机类型不同.容量不同来查表,选择电动机补偿容量(kvar)。并附表3、表4

 

    表3 JO2常用三相异步电动机(15kW以下)专用无功补偿电容器容量配置表

 

    电动机容量(kW) 电容器容量(kvar)

 

    二级 四级 六级 八级

 

    06 - 0.50 - -

 

    0.8 0.50 0.60 0.80 -

 

    1.1 0.60 0.80 1.20 -

 

    1.5 0.60 1.00 1.20 -

 

    2.2 0.80 1.20 1.90 2.20

 

    3 1.20 1.60 1.90 2.60

 

    4 1.60 2.20 2.20 3.00

 

    5.5 2.20 2.60 3.00 3.50

 

    7.5 3.00 3.00 4.00 5.00

 

    10 4.00 3.00 6.00 6.00

 

    13 4.00 5.00 7.00 8.00

 

    表4 Y系列(380 V)三相异步电动机无功就地补偿器容量(kvar)表

 

    电动机容量(kW) 电容器容量(kvar)

 

    二级 四级 六级 八级

 

    11 4 5 7 8

 

    15 4 6 8 10

 

    18.5 5 8 9 11

 

    22 7 9 10 12

 

    30 10 10 11 15

 

    45 14 14 14 19

 

    55 17 17 17 22

 

    75 22 23 25 30

 

    90 26 26 30 36

 

    110 31 36 40 43

 

    160 45 50

 

    表3、表4为JO2系列、Y系列常用三相异步电动机就地无功补偿电容器容量配置表，是根据各异步电动机在不同负载下所需的无功功率选择的，对改善功率因数的效果是满意的。

 

    防止自激磁的措施：采用电容器就地补偿的电动机，切断电源后，电动机仍会在惯性作用下继续转动一段时间，此时电容器的放电电流成为激磁电流，可使电动机的磁场因自激磁而产生电压，电动机即运行于发电状态，可能导致对电机及电容器绝缘的损坏。所以补偿设备的容性电流值应不大于电动机空载电流值的90%。

 

    由于异步电动机补偿电容器容量，要根据各种规格电动机在不同负载下所需的无功功率以及电容器容量误差等因素来选择，不能简单地用 0.4倍电动机的额定容量来确定。这是因为不同系列、不同容量、不同极数的异步电动机其空载的无功功率与电动机的额定功率之比相差是很大的。从表1中可明显看出，三相低压异步电动机专用无功补偿电容器容量的选择既要考虑到尽量减少不同规格数量，又要考虑一种规格尽可能多的适用于几种异步电动机的型号。同时还要保证异步电动机在不同的负载时，功率因数满足补偿要求和不发生自励磁现象的过电压。

 

    3.2 在我厂加速澄清池，使用的四台三相低压异步电磁调速电动机。电磁电机型号为JZT361-4型，激磁电压<90伏，激磁电流<3A，转速调整范围为100-1300转/分。拖动电机型号为JO2T61-4型，额定容量13kW;额定电压380V;额定电流25.6A;额定转速为1460转/分。这套供水设备长期运行在调速为500转/分。测得电机空载电流I=8.2A。经过表3 JO2系列常用三相异步电动机(15kW以下)专用无功补偿电容器容量配置表综合分析后，并通过空载电流的计算补偿电容量和实际运行负载率低，选定北京石景山科运节能开发部生产的LLNCR-0.45-7安全型无功功率就地补偿装置。加装补偿后电机空载电流由原来的8.2A，降为3.2A。

 

    3.3 在回流车间使用的四台380伏JLB281-4型立式电动机额定容量55kW;额定电压380V;额定电流为103A;空载电流为Io=36A。

 

    由于此种电动机为80年代初生产，按Y系列电机进行就地补偿参考，查看Y型系列380伏三相异步电动机就地补偿电容器容量表(附表4)并利用空载电流计算，对四台回流泵电动机实际运行状况的分析、计算，采用深圳生产的LPLC-0.4-25无功功率就地补偿装置。电动机加装补偿后运行电流为74-82A左右，大约下降11-12A。

 

    通过加速澄清池和回流两个车间，对低压异步电动机增加就地补偿装置前、后电动机的运行电流对照表(附表5)(附表6)也可以看出其补偿效果。

 

    表5 加速澄清池电动机加装补偿前后电流对照表

 

    设备名称

 

    电动机额定容量 加装补偿前运行电流 加装补偿后运行电流

 

    调速为400转/分 调速为500转/分 调速为600转/分 调速为400转/分 调速为500转/分 调速为600转/分

 

    1#搅拌机 13kW 10.4A 11A 11.5A 4.5A 5.4 A 6.5A

 

    2#搅拌机 13kW 9.5A 10.2A 11.1A 4.8A 5.7 A 7.2A

 

    3#搅拌机 13kW 10.6A 11A 11.7A 4.5A 5.2 A 6.5A

 

    4#搅拌机 13kW 9.7A 10.5A 11.3A 4.7A 5.7A 7.1A

 

    表6 回流车间异步电动机加装补偿前后电流值比对表

 

    设备名称

 

    异步电动机额定容量

 

    原电动机运行电流 加装25Kvar就地补偿装置电动机运行电流

 

    1#回流泵 55kW 89A 78A

 

    2#回流泵 55kW 85A 74A

 

    3#回流泵 55kW 93A 82A

 

    4#回流泵 55kW 90A 78A

 

    目前我厂还有混合井搅拌机、加药间加药泵、锅炉供暖车间内、外循环泵、滤池、碳池喷淋泵等仍然需要无功就地补偿。

 

    结论：

 

    综上所述，可明显得出：三相低压异步电动机就地无功补偿是一种经济、简单、高效、可靠的无功补偿方法。不仅对低压供电用户适用，对供水行业的配水厂同样适用。

 

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